某型轎車暴曬試驗衣帽架溫度過高原因分析及改進措施

文云雄，楊昌錚，陳秋岸，張曉東，高澤海

某型轎車暴曬試驗衣帽架溫度過高原因分析及改進措施

文云雄，楊昌錚，陳秋岸，張曉東，高澤海

（廣州電器科學(xué)研究院有限公司海南熱帶環(huán)境分公司，海南 瓊海 571400）

基于整車暴曬試驗過程中某車型出現(xiàn)的衣帽架溫度過高現(xiàn)象展開研究，通過試驗數(shù)據(jù)對比后擋風(fēng)玻璃不同的裝配角度、材質(zhì)及衣帽架的不同材質(zhì)對衣帽架表面溫度產(chǎn)生的影響，確定出在試驗過程中導(dǎo)致衣帽架溫度過高的相關(guān)因素，并提出相應(yīng)的解決措施，為整車設(shè)計改進提供數(shù)據(jù)參考。結(jié)果表明，試驗過程中太陽位置北移，光照直射后擋風(fēng)玻璃，且低緯度地區(qū)中午太陽高度角近似垂直，強光照對趨于水平角度的后擋風(fēng)玻璃、衣帽架等部件作用更加嚴(yán)酷。后擋風(fēng)玻璃耐光穿透性能差及絨布面料聚熱性快、散熱性慢等因素是造成衣帽架溫度過高的根本原因，嚴(yán)重時會導(dǎo)致衣帽架產(chǎn)生變形、鼓包、發(fā)白、脫膠、分層等缺陷，長時間的高溫狀態(tài)下也可能導(dǎo)致衣帽架產(chǎn)生非正常失效現(xiàn)象。通過適當(dāng)提高后擋風(fēng)玻璃裝配角度、選用耐高溫防曬型后擋風(fēng)玻璃、改變衣帽架面料材質(zhì)等措施都能夠有效降低衣帽架表面溫度。

暴曬試驗；衣帽架；溫度過高；太陽高度角

汽車衣帽架也稱為后擱物板，位于后車廂處，具有美觀性、隔音性及實用性，是內(nèi)飾件的重要組成部分，處于高度可見區(qū)域[1]。汽車衣帽架的質(zhì)量優(yōu)劣會影響用戶體驗，因此，成為主機廠對車輛耐候性考察與改進的重點。

在2022年下半年對試驗數(shù)據(jù)分析過程中，發(fā)現(xiàn)某款車型衣帽架部件表面溫度較長時間處于高溫狀態(tài)，且高于同時期儀表板和其它類似車型內(nèi)飾表面溫度的不正?，F(xiàn)象，依據(jù)以往類似車型的試驗數(shù)據(jù)來看，車內(nèi)儀表板一般是整車內(nèi)飾的主要受光部件，儀表板溫度在整車內(nèi)飾中也是典型的高溫部件。在同一天內(nèi)衣帽架溫度遠高于儀表板溫度的現(xiàn)象比較少見，長時間的高輻照、高溫環(huán)境狀態(tài)可能導(dǎo)致衣帽架產(chǎn)生非正常失效的情況。因此，針對該車型衣帽架溫度過高現(xiàn)象展開分析，有助于主機廠進一步了解該車型衣帽架存在的問題和改進方向。

1 試驗過程

1.1 試驗材料

試樣來自主機廠在某車型上批量使用的衣帽架內(nèi)飾件，使用的面料為絨布，其基體主要材質(zhì)為玻璃纖維增強聚丙烯（PP-GF），其材料密度小、質(zhì)量輕，在高應(yīng)力條件下的抗裂性較強，物理力學(xué)及耐熱性能一般，被廣泛應(yīng)用于電器、汽車等領(lǐng)域，其物理特性測試結(jié)果如表1所示。

1.2 試驗設(shè)備及制備

試驗設(shè)備主要包括數(shù)據(jù)采集器：美國Camp- bell公司型號為CR1000的采集器；表面溫度傳感器：T型熱電偶；高溫輻射表：荷蘭Kipp&Zonen公司的CM4輻射表。將試樣基材（PP-GF）和面料在模具中熱壓縮成型，加熱溫度為240 ℃；加熱時間為90 s；保壓壓力為12.5 MPa；保壓時間為60 s。

表1 衣帽架PP-GF材料物性測試結(jié)果

測試項目測試結(jié)果測試方法 收縮率/%0.6～0.8GB/T 15585 拉伸強度/MPa37GB/T 1040 斷裂伸長率/%10GB/T 1040 彎曲強度/MPa43GB 9341 熱變形溫度/℃147GB 1634

1.3 試驗方法

依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《汽車整車大氣暴露試驗方法》（GB/T 40512－2021）[2]的相關(guān)要求，將汽車整車放置于瓊海大氣暴露場（北緯19°14'35"，東經(jīng)110°28'41"），進行靜態(tài)自然暴露試驗[3]。試驗朝向采取北半球車輛車頭朝南，并在儀表板和衣帽架上布置溫度及太陽輻射傳感器，用以實時監(jiān)測車內(nèi)儀表板和衣帽架處的環(huán)境數(shù)據(jù)情況[4]。自2021年11月20日開始至2022年11月19日結(jié)束，試驗持續(xù)時間為一年。每3個月為一個檢查周期，每個周期對試驗衣帽架進行外觀、顏色及使用功能情況檢查與評價。

2 衣帽架溫度過高產(chǎn)生的影響及原因分析

光、熱及水分是導(dǎo)致汽車及部件老化的三要素[5-6]，整車在試驗過程中緊閉門窗，對于內(nèi)飾件衣帽架而言，外部環(huán)境水分難以進入車內(nèi)，車內(nèi)濕度相對戶外低，因此，影響車內(nèi)環(huán)境變化的主要因素為太陽輻射導(dǎo)致升溫。強光照透過后擋風(fēng)玻璃直射到衣帽架會使衣帽架表面溫度上升，嚴(yán)重時會導(dǎo)致衣帽架產(chǎn)生變形（見圖1）、鼓包、發(fā)白（見圖2）、脫膠、分層等缺陷。

圖1 衣帽架受光熱下垂變形

圖2 衣帽架受光熱老化發(fā)白

2.1 太陽位置北移對不同角度衣帽架溫度的影響

圖3和圖4分別對比了儀表板與衣帽架某天內(nèi)溫度和月均太陽輻射量情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)6－9月份為每年光照最強的時間段，自6月份開始，衣帽架的月均輻射量和溫度不斷增強，7月份衣帽架的月均輻射量達到608.4 MJ/m2，與同時期儀表板的月累計輻射量相近似，直至9月份后，兩者差距才逐漸開始增大。7月份衣帽架表面最高溫度更是達到113.6 ℃，超出同時期儀表板表面溫度12.3 ℃，成為內(nèi)飾受溫最高的部件，中午時分該車型衣帽架更是受到當(dāng)天最強光照直射成為主要受光面。

主要是受夏至后太陽位置逐漸向北回歸線（北緯23°26'）移動的影響，瓊海大氣暴露試驗場緯度低（北緯19°14'35"），此段時間內(nèi)太陽位置處于試驗場的北方，而試驗整車依據(jù)標(biāo)準(zhǔn)《GB/T40512－2021》北半球車頭朝南放置。因此，此時光照主要作用部位點為后擋風(fēng)玻璃，強光照透過后擋風(fēng)玻璃直射到衣帽架，光照熱輻射導(dǎo)致衣帽架大幅度升溫。

圖3 某天內(nèi)儀表板與衣帽架受溫情況

圖4 車內(nèi)儀表板與衣帽架月均輻照總量累計

6－9月份太陽直射作用轉(zhuǎn)移至后擋風(fēng)玻璃處，光照在中午時刻對衣帽架的作用最強，此時的太陽高度角大致為80°左右，光照直射接近垂直則對角度越接近于0°的試樣作用越嚴(yán)酷。對比某天內(nèi)后擋風(fēng)玻璃安裝角度不同的兩款車型溫度情況（見圖5）。通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)后擋風(fēng)玻璃采取低角度（19°）安裝下的衣帽架表面溫度數(shù)據(jù)在各時間段整體偏高，當(dāng)天在中午時刻最高溫度為113.6 ℃，明顯是受到當(dāng)天最強光照直接作用狀態(tài)，而采取高角度（45°）安裝下的衣帽架表面溫度在中午時刻并沒有太高，在下午16:00左右時溫度才開始逐漸上升，當(dāng)天最高溫度為75.23 ℃，較低角度（19°）安裝的后擋風(fēng)玻璃下衣帽架的溫度相差38.37 ℃，說明中午時刻光照對趨于水平角度的后擋風(fēng)玻璃、衣帽架等部件光照作用更強。

圖5 某天內(nèi)不同安裝角度后擋風(fēng)玻璃下衣帽架受溫情況

2.2 后擋風(fēng)玻璃耐光穿透性能差異對衣帽架輻照強度的影響

通過試驗對比某天普通型與耐高溫防曬型后擋風(fēng)玻璃下，高溫輻照表受光照強度情況（見圖6）。通過數(shù)據(jù)曲線對比發(fā)現(xiàn)，普通型后擋風(fēng)玻璃下的光照整體作用強度遠高于防曬型，在當(dāng)天普通型后擋風(fēng)玻璃下光照強度最高為1 120 W/m2，約為防曬型后擋風(fēng)玻璃下光照強度的5倍，說明采取不同類型后擋風(fēng)玻璃下的衣帽架受光強度是存在明顯差異的，普通型后擋風(fēng)玻璃下衣帽架受到光照強度更大，表面溫度相對也會更高。

圖6 某天內(nèi)不同類型后擋風(fēng)玻璃下高溫輻照表受光強度

2.3 不同面料對衣帽架表面溫度的影響

開展試驗對比了某天內(nèi)面料不同的兩款衣帽架表面溫度情況（見圖7），兩款衣帽架的基體均為玻璃纖維增強聚丙烯（PP-GF），僅在面料使用上有所差異。通過數(shù)據(jù)分析，發(fā)現(xiàn)使用絨布面料的衣帽架整體溫度較針織面料略高，當(dāng)天最高溫度高出針織面料20.3 ℃，說明不同面料衣帽架間也會存在一定的溫度差異，絨布面料具有聚熱性快、散熱性慢等特點，會導(dǎo)致衣帽架表面溫度有所增高。

圖7 某天內(nèi)不同面料衣帽架受溫情況

3 衣帽架溫度過高的解決措施

3.1 提高后擋風(fēng)玻璃裝配角度

通過圖5某天內(nèi)開展后擋風(fēng)玻璃安裝角度不同的兩款車型試驗溫度數(shù)據(jù)對比，得知后擋風(fēng)玻璃等部件在設(shè)計時，需要考慮到不同緯度地區(qū)的強光狀態(tài)，在低緯度地區(qū)，光照對趨于水平角度的部件作用最明顯，車輛設(shè)計時可以通過適當(dāng)?shù)奶岣吆髶躏L(fēng)玻璃裝配角度來有效避免中午最強光照的直射作用，來減少車內(nèi)受光照強度，從而達到降低內(nèi)飾件表面溫度的目的，避免衣帽架等部件因持續(xù)高溫產(chǎn)生非正常失效。

3.2 選用耐高溫防曬型后擋風(fēng)玻璃

依據(jù)圖6開展試驗對比結(jié)果，說明在低緯度地區(qū)太陽光照對后擋風(fēng)玻璃等車尾部件的作用狀態(tài)同樣很嚴(yán)酷。很多主機廠在這方面的認(rèn)識還不夠，認(rèn)為強光照主要來自前擋風(fēng)玻璃等車前端，在后擋風(fēng)玻璃防曬類型的選取和針對后擋風(fēng)玻璃防曬保護措施方面考慮不足，無法有效地對衣帽架等內(nèi)飾件提供防護。在這方面應(yīng)當(dāng)引起重視，采用濾光強的防曬型后檔風(fēng)玻璃或是通過貼防曬膜等手段加強后檔風(fēng)玻璃的濾光性能，從而有效大幅降低車內(nèi)光照強度，延長內(nèi)飾老化周期。

3.3 改變衣帽架面料材質(zhì)

依據(jù)圖7開展采取不同面料的兩款衣帽架表面溫度試驗對比結(jié)果，說明衣帽架不同面料之間表面溫度存在很大的差異。針織面料在外觀上更加整潔美觀，揮發(fā)性有機化合物（Volatile Organic Compounds, VOC）含量低，在衣帽架部件設(shè)計時可以考慮采取針織面料來代替絨布面料，使用針織面料較絨布面料能有效降低衣帽架表面溫度20.3 ℃左右。

4 總結(jié)

試驗過程中太陽位置北移，光照直射后擋風(fēng)玻璃且低緯度地區(qū)中午太陽高度角近似垂直，中午強光照則對趨于水平角度的后擋風(fēng)玻璃、衣帽架等部件作用更加嚴(yán)酷，后擋風(fēng)玻璃耐光穿透性能差及絨布面料聚熱性快、散熱性慢等因素是造成衣帽架溫度過高的根本原因，嚴(yán)重時會導(dǎo)致衣帽架產(chǎn)生變形、鼓包、發(fā)白、脫膠、分層等缺陷，長時間的高溫狀態(tài)下也可能導(dǎo)致衣帽架產(chǎn)生非正常失效現(xiàn)象。通過適當(dāng)提高后擋風(fēng)玻璃裝配角度、選用耐高溫防曬型后擋風(fēng)玻璃、改變衣帽架面料材質(zhì)等措施都能夠有效降低衣帽架表面溫度。

[1] 曾文波,駱立良,文云雄,等.汽車整車大氣暴露試驗評價方法標(biāo)準(zhǔn)解讀與應(yīng)用[J].環(huán)境技術(shù),2023,41(1): 149-152.

[2] 全國汽車標(biāo)準(zhǔn)化技術(shù)委員會.汽車整車大氣暴露試驗方法:GB/T 40512－2021[S].北京:中國標(biāo)準(zhǔn)出版社,2021.

[3] 張曉東,王偉健,祁黎,等.基于大數(shù)據(jù)分析的汽車外飾部件光熱老化模型研究[J].環(huán)境技術(shù),2020,38(3):97-100.

[4] 文云雄,張曉東,陳秋岸,等.內(nèi)飾件雙向自動跟蹤太陽限溫箱試驗加速效果研究[J].環(huán)境技術(shù),2022,40(5):25-28.

[5] 范瓊,付漭,馬建峰,等.汽車非金屬內(nèi)外飾材料環(huán)境老化研究[J].汽車實用技術(shù),2017,42(2):193-195.

[6] 羅佳宇,謝偉強,李后樂,等.汽車內(nèi)外飾材料光熱老化分析[J].時代汽車,2019(14):124-126.

Cause Analysis and Improvement Measures for Excessive Temperature of Coat and Cap Rack in Exposure Test of a Certain Car

WEN Yunxiong, YANG Changzheng, CHEN Qiuan, ZHANG Xiaodong, GAO Zehai

( Guangzhou Electric Apparatus Research Institute Company Limited Hainan Tropical Environment Branch, Qionghai 571400, China )

Based on the phenomenon that the temperature of coat and cap rack is too high in a vehicle during the vehicle exposure test, the influence of different assembly angles of the rear windshield, different materials of the rear windshield and different fabric materials of the coat and cap rack on the surface temperature of coat and cap rack is compared through the test data, and the related factors that lead to the excessive temperature of coat and cap rack in the test process are determined, and the corresponding solutions are proposed. It provides data reference for the improvement of vehicle design. The results show that during the test, the sun position shifted to the north and the sunlight directly hit the rear windshield, and the sun height angle at noon in low latitude areas is approxi- mately vertical, while the strong sunlight at noon had more severe effects on the rear windshield, coat and cap rack and other components tending to the horizontal angle.The poor light penetration performance of the rear windshield and the rapid heat accumulation and slow heat dissipation of the flannel fabric are the fundamental reasons for the excessively high temperature of the coat and cap rack. In serious cases, the coat and cap rack will have defects such as deformation, bulging, whitening, degumming and delamination, and the abnormal failure of the coat and cap rack may also be caused under the high temperature for a long time.The surface temperature of the coat and cap rack can be effectively reduced by improving the assembly angle of the rear windshield, selecting the rear windshield with high temperature resistance and sunscreen, and changing the fabric material of the coat and cap rack.

Exposure test; Coat and cap rack;High temperature;Solar altitude angle

U465.4

A

1671-7988(2023)19-144-05

10.16638/j.cnki.1671-7988.2023.019.028

文云雄（1995－），男，助理工程師，研究方向為工業(yè)產(chǎn)品環(huán)境適應(yīng)性試驗與評價，E-mail:786179213@qq.com。